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膜材料是MBR技術核心要素
發布日期:2014年07月08日
      經過近幾年的實踐證明,污水處理廠排放標準達到一級A(GB18918-2002),并不能完全改變我國水環境惡化的現實,面對更加艱巨的節能減排任務,以及水資源日益緊缺的形勢,污水資源化必然是水務行業下一步的工作重點,污水處理的目標也將由削減污染物為主轉向再生利用為主,污水再生利用也將從量的提升轉向質的提升。在全國的市政污水再生利用工程實踐上,北京市、天津市、深圳市以及寧波市都做出了工程性實踐的探索。特別是北京市,全市再生水利用量已達6.5億立方米/年,超過了密云水庫的供水量。

對于高品質再生水的大規模生產,更凸顯了膜技術在資源化利用方面的重要戰略意義。2000年開始,MBR開始應用于國內的實際工程項目,歷經十年的發展,已經由最開始的工業、建筑給排水領域拓展到市政供水和排水領域。應用于MBR的超濾膜材料也由聚丙烯膜(PP)向聚乙烯膜(PE),再向聚偏氟乙烯膜(PVDF)完成了三次膜材料上的突破,降低了MBR的投資成本及運行費用。中國水網的MBR專題調查致力于為水務工作者揭開中國水務市場上MBR工程應用的現狀及存在的問題,幫助各地方政府主管單位、水務投資者更深入的了解中國水務的MBR市場。

       調查發現,膜材料及其組件的生產制備,是整個MBR工藝技術的核心要素。

膜材料、膜組件的提升是降低MBR投資及運行費用的關鍵
調研中,中國水網MBR專題調查組走訪中發現,很多投資者或業主單位對于MBR的工程應用主要有以下幾方面擔心:1、總體投資費用要高于同樣出水標準的其它處理工藝;2、噸水的運行費用高,目前MBR單元噸水運行費用約為0.7元人民幣/噸,同樣出水標準的其它處理單元如濾布濾池噸水的運行費用可低至很多;3、MBR的電耗高;4、對于運行維護人員的素質要求高。而對于MBR的整體市場而言,目前沒有標準化的設計方法,也阻礙了MBR的推廣。
目前各種制備應用于MBR的超濾膜材料方法中,它們制備的超濾膜材料PVDF的耐污染性、硬度、強度、通量等指標都不相同,這些關鍵性指標也直接影響著MBR工程的投資和運行費用,MBR工程應用在國內近十年的迅速發展,也是得益于膜材料的不斷進步和膜組件的更新。

PVDF膜材料一統江湖 三種主流制備方法都有致命傷
在國際及國內,應用MBR的超濾膜材料基本上都是以PVDF為主。目前主要有三種制備形式的PVDF超濾膜材料,分別是濕法紡絲(占MBR市場容量的60%以上),熱致項(以日本旭化成為代表,日本旭化成企業率先于2000年左右研發了熱致項制備PVDF方法,但并沒有應用于中國市場,2005年開始在中國市場應用,目前最具代表性的項目是廣州大亞灣的石化項目)兩種制備方法,以及在濕法紡絲制備的基礎上增加支撐管(以美國GE和日本三菱公司為主要代表企業)。在濕法紡絲生產PVDF的膜企業中,膜的質量差別也比較大,一般都不能強度高、通量高兩點兼具。
目前這三種制備PVDF膜材料的方法都存在一定的優缺點,而且每一種方法的缺點對于MBR工程應用都是致命傷,下表為對于三種方法的綜合比較。

  濕法紡絲 熱致項 帶支撐管
優點 通量大 強度高、通量大 濕法紡絲基礎上強度增加
缺點 強度低 親水性差 曝氣量大、氣水比高
對于MBR的影響 易斷,壽命短 耐污染性能不如濕法紡絲  曝氣量大增加電耗

國內企業數量及實力增強 外資企業國內掘金形勢不如國外
國際市場上,日本的久保田和美國的GE公司占據了全球和北美市場的主要份額。2000年~2005年間,歐洲、美國的MBR工程項目數量增長迅速,這期間歐洲各國應用MBR的污水處理工程每年以70個以上的數量遞增,2005年左右開始,MBR工程項目的數量在東南亞各國開始遞增。在我國,MBR工程項目也是在2005年左右的時候開始從工業、建筑給排水領域向市政給水、排水領域拓展,并在2005年到2010年間發展迅速。
自日本旭化成企業于2005年的時候將熱致項制備PVDF的超濾膜材料應用于大亞灣的石化項目開始,國內多家企業開始研發并采用熱致項的方法制備PVDF超濾膜。2009年以前,對于帶支撐管的PVDF超濾膜材料的制備主要以美國的GE和日本的三菱公司為主,2009年開始國內有4~5家企業開始自主研發、生產帶支撐管的PVDF超濾膜,且開始應用工程項目,以北京的碧水源為代表。目前美國GE、日本三菱、德國西門子公司在華均無生產PVDF的工廠。

中國MBR市場前景好于國際 應用規模不斷破紀錄
據中國水網MBR專題調查組調查顯示,截至目前我國污水處理工程項目中,規模在萬噸級/天以上的MBR工程項目約有40多個,涉及市政排水、工業廢水領域。當前已經運行最大規模的MBR工程項目是湖北十堰神定河污水處理廠改造工程,該項目于2009年10月投入運行,設計規模是11萬噸/天,設計出水排入神定河,總投資1.7億元人民幣,運行費用約0.6元人民幣/噸水。今年,北京市清河15萬噸/天的再生水廠已經簽約北京碧水源公司,采用MBR工藝技術。
未來五年PVDF仍是主流  三種制備方法有望結合
調研中,多位膜材料的專家均預測,未來5年內,MBR的超濾膜材料仍將以PVDF為主流趨勢,在此基礎上有望結合濕法紡絲、熱致項以及增加支撐管三種制備方法的優勢,制備具有高通量、高強度、高親水性能的PVDF超濾膜材料。我國曾在天津工業大學設置了中空纖維膜的研發課題,在杭州水中心設置了反滲透膜的研發中心,調研中了解到,天津工業大學中空纖維膜材料與膜過程國家重點實驗室培育基地的呂曉龍教授正在對于PVDF各種性能做加強性研發,如異形PVDF等。

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